教你打開原子世界的大門

原子世界第二期

19世紀末，由於電的發現，化學家們有條件去研究物質在通電條件下的性質了。他們發現將一些氣體裝在密封的玻璃管中，再抽氣使之比較稀薄，然後通上高壓電，會有一束射線從玻璃管的陰極通過氣體到達陽極，人們稱之為陰極射線。在電場作用下該射線會發生偏轉，而且這種射線帶負電。

英國科學家湯姆孫在研究陰極射線的過程中，證明了電子的存在——他發現在任何原子中都有這樣一種「帶負電的微粒」。

然而他並不滿足於此，他開始思考一個更重要的問題：

既然陰極的原子會放出大量的電子，那麼這些電子在原子結構中一定扮演了一個很重要的角色。

由於物質在通常情況下顯電中性，而物質中既然存在帶負電荷的電子，那麼一定還存在帶正電荷的部分，而且所帶的正電荷的電荷量必然等於所帶的負電荷的電荷量。

1903年，湯姆孫提出了葡萄乾麵包模型，原子中的正電荷是均勻分布在整個原子內，就像麵包一樣，電子則像葡萄乾一樣嵌在麵包中，均勻地分布在這些正電荷之間。

自此以後，展現在人們面前的原子既不是一個虛無縹緲的世界，也不是一個簡簡單單的實心小球了！原子是有質量、有大小、有內部結構的東西了！

在一段時間內，湯姆孫的葡萄乾麵包模型得到了廣泛的承認。

但是原子的內部結構真的是這樣的嗎？

湯姆孫的學生盧瑟福想用粒子穿進原子，探究其內部結構。然而在元素放射性發現以前，人們缺乏探測原子結構的手段。

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1895年，德國物理學家倫琴發現了X射線。

1896年，法國物理學家貝克勒爾發現了鈾的放射性，這種天然射線的穿透能力很強，可以使厚紙包裹的底片感光。

為了進一步了解所謂的「放出的射線」究竟是什麼，盧瑟福試著用層層鋁箔把鋁鹽包裹起來，他發現一種射線可以很輕易地用紙或單層鋁箔就可以擋住，並把它命名為α射線；另一種射線需要多層鋁箔才能包住，並把它命名為β射線；不久，從鈾鹽中又發現了一種穿透力更強的射線，稱為γ射線。

---如圖，這三種射線的穿透能力強弱如何？---

這三種射線的帶電特徵不同，α射線帶正電，β射線帶負電，γ射線不帶電。

根據電磁學的基本原理，帶電粒子在磁場中會發生偏轉。把帶電粒子放在帶小孔的鉛盒中，在射線路徑上加上磁場，不帶電的γ射線將保持直線傳播，而帶正電的α射線和帶負電的β射線則偏轉方向相反，並和磁場方向相關。

其實，α射線是氦原子失去兩個電子後的正離子，即氦原子核，所以帶正電，具有較大的質量。β射線實際上是電子流，所以帶負電，質量較輕。γ射線屬於電磁波，其靜止質量為零。

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由此，也正式開啟了α粒子去轟擊其他物質的可能性，因為α粒子具有較大的質量和較低的速度，最容易探測其運動軌跡。為了探測原子內部結構，最簡單直接的辦法就是找到一個合適的「子彈」去「射擊」原子，看「子彈」是如何偏轉的。原子結構的蒙面紗也逐漸被揭開！

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